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铁素体—珠光体型非调质钢应用技术研究

作　者: 谭利
导　师: 詹肇麟
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料工程
关键词: 非调质钢动态再结晶微合金化控锻控冷工艺
分类号: TG142.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 92次
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内容摘要

在热模拟Gleeble-1500上研究了V-Ti和V-Nb-Ti非调质钢在锻造温度内的热塑性,结果表明微合金非调质钢的热塑性都比较好,由于Nb对再结晶具有强烈的抑制作用从而使热塑性有所下降,故V-Nb-Ti的热塑性较V-Ti复合的稍差。同时在Gleeble-3800上进行了非调质钢的动态再结晶实验,对比V-Ti和V-Nb-Ti微合金复合对动态再结晶过程、再结晶后奥氏体晶粒细化规律和再结晶状态图的影响,结果表明微合金非调质钢的变形温度T越高、应变速率ε越低,越容易发生动态再结晶；较高的应变速率ε和较低的形变温度T越容易获得更加细小的再结晶晶粒尺寸；与V-Ti非调质钢相比,添加微量Nb的V-Nb-Ti非调质钢具有更加细小的晶粒。这是因为Nb具有以下的作用：(1)在高温形变时,处于固溶态的Nb粒子容易在位错、晶界等高能态区发生偏聚,拖曳阻止再结晶的发生；(2)在较低温度形变时,Nb的碳氮化物会在位错和晶界等高能态区发生形变诱导析出,钉扎位错和晶界迁移,从而阻止、终止再结晶的进行。对比微合金非调质钢的动态再结晶的晶粒尺寸模型、再结晶状态图、再结晶激活能、热加工图和塑性失稳图,探索出锻造温度、应变速率对非调质钢晶粒的细化规律,从而总结出不同微合金复合化的控锻工艺和锻造原理,结果表明V-Ti非调质钢的控锻原理属于再结晶控制轧制,再结晶控锻工艺为：加热温度1130℃,开锻温度1000℃,终锻温度850℃,应变速率ε0.4s-1；而V-Nb-Ti非调质钢的控锻原理属于再结晶-未再结晶控制轧制,再结晶-未再结晶控锻工艺为：加热温度1200℃,开锻温度1000℃,终锻温度850℃,应变速率ε0.4s-1。通过Formastor-FⅡ全自动相变仪测绘非调质钢在未变形时的静态CCT曲线,分析研究了V-Ti和V-Nb-Ti复合在连续冷却过程中的相变规律及影响,从而确定了不同微合金化非调质钢的控冷区间和控冷速度。结果表明V-Ti非调质钢的控冷工艺为：控制冷区间为740℃～500℃,控制冷速度为0.3～1.2℃/s,其控锻控冷属于再结晶控锻控冷工艺；而V-Nb-Ti非调质钢的控冷工艺为：控制冷区间为720℃～500℃,控制冷速度为0.3℃～1℃/s,其控锻控冷属于属于再结晶-未再结晶控锻控冷工艺。结果表明控冷范围内控制冷速度越慢,铁素体所占比例越大且呈块状分布,非调质钢的韧性越好。可以通过控制冷速调控非调质钢的强韧性。非调质钢的控锻控冷实验,研究了V-Ti非调质钢在加热温度在1130℃, V-Nb-Ti非调质钢加热温度在1200℃,开锻温度为1000℃～1050℃的工艺条件下,不同终锻温度、不同的预变形量、空冷和风冷对微合金化后力学性能和组织的影响,结果表明：随着终锻温度的降低、预变形量越大、风冷能显著提高V-Ti微合金非调质钢的抗拉强度,但冲击韧性明显下降；而对于V-Nb-Ti非调质来说,随着终锻温度的降低、预变形量越大、风冷对强度影响不大,但能显著提高冲击韧性值。这是因为V-Nb复合细化奥氏体晶粒,提高了再结晶终止温度,促进V(C,N)粒子的析出,未再结晶区的低温锻造细化再结晶后的粗大晶粒,促进晶内铁素体在MnS-VN复合物上的析出,使珠光体片变态球化。V-Nb复合促进了MnS在V(C,N)粒子复合析出,促进了晶内铁素体生成。未再结晶区轧制导致珠光体片呈现弯折、折断、球状粒化,使得V-Nb-Ti非调质钢随着终锻温度越低,预变形量增加而呈现强度不减冲击韧性值升高的优化效果。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-32
  1.1 选题背景  10-11
  1.2 微合金非调质钢的发展历程  11-15
  1.3 国外微合金非调质钢的开发与应用  15-16
  1.4 国内微合金非调质钢的研发与应用  16-18
  1.5 锻造过程中非调质钢的动态再结晶行为  18-22
    1.5.1 奥氏体的动态再结晶过程  19-20
    1.5.2 奥氏体的动态再结晶模型  20-21
    1.5.3 发生奥氏体动态再结晶的条件  21-22
  1.6 探索微合金化技术及锻造工艺  22-26
    1.6.1 微量合金元素在控锻控冷过程中的作用  22-26
  1.7 控锻控冷  26-29
    1.7.1 控制锻造  27-29
    1.7.2 控制冷却  29
  1.8 选题背景和主要研究内容  29-32
第二章研究方案及实验方法  32-38
  2.1 研究方案  32
  2.2 实验材料  32-33
  2.3 实验方法  33-38
    2.3.1 Gleeble热模拟试验  33-34
    2.3.2 非调质钢静态CCT曲线的测定  34
    2.3.3 室温拉伸和冲击试验  34-35
    2.3.4 非调质钢的金相分析  35-38
第三章微合金非调质钢的动态再结晶过程  38-60
  3.1 引言  38
  3.2 实验工艺过程  38-39
  3.3 微合金非调质钢的动态再结晶过程  39-57
    3.3.1 应力-应变曲线  39-42
    3.3.2 变形温度、应变速率对流变应力的影响  42-43
    3.3.3 应变速率、变形温度对峰值应变的影响  43-44
    3.3.4 动态再结晶RRT曲线  44-45
    3.3.5 微合金非调质钢的动态再结晶激活能  45-47
    3.3.6 峰值应力与Z的关系  47-49
    3.3.7 奥氏体动态再结晶动力学模型  49-50
    3.3.8 动态再结晶状态图  50-52
    3.3.9 动态再结晶晶粒尺寸模型对比图  52-56
    3.3.10 热成型加工图和塑性失稳图  56-57
  3.4 本章小结  57-60
第四章微合金非调质钢CCT曲线及热塑性试验  60-72
  4.1 引言  60
  4.2 CCT曲线和热塑性曲线实验工艺过程  60-61
  4.3 微合金非调质钢静态CCT曲线试验结果与分析  61-67
    4.3.1 微合金非调质钢的相变点  61
    4.3.2 非调质钢连续冷却转变的金相组织  61-64
    4.3.3 非调质钢连续冷却转变曲线  64-66
    4.3.4 非调质钢的显微硬度  66-67
  4.4 热塑性试验结果与分析  67-71
    4.4.1 抗拉强度与试验温度的关系  67-68
    4.4.2 断面收缩率与试验温度的关系  68-71
  4.5 本章小结  71-72
第五章探索非调质钢中的微合金化及锻造工艺  72-78
  5.1 引言  72
  5.2 非调质钢的设计  72-73
  5.3 微合金元素对C-Mn钢动态再结晶及晶粒细化的影响  73-74
  5.4 非调质钢中的析出强化及微合金化锻造工艺  74-77
  5.5 本章小结  77-78
第六章控锻控冷  78-90
  6.1 引言  78
  6.2 控锻控冷工艺  78
  6.3 控锻控冷对组织、力学性能的结果与分析  78-88
    6.3.1 不同终锻温度下预形变-风冷对组织、力学的影响  78-88
  6.4 本章小结  88-90
第七章结论与展望  90-92
致谢  92-94
参考文献  94-98
附录攻读学位期间发表论文目录  98-100

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